CN214539788U

CN214539788U - 电能表处理模块、电能表统计电路及电能表

Info

Publication number: CN214539788U
Application number: CN202120284212.2U
Authority: CN
Inventors: 李想; 甘建平; 吴敏
Original assignee: Wasion Group Co Ltd
Current assignee: Wasion Group Co Ltd
Priority date: 2021-02-01
Filing date: 2021-02-01
Publication date: 2021-10-29
Anticipated expiration: 2031-02-01

Abstract

本实用新型提出一种电能表处理模块、电能表统计电路及电能表，处理模块包括定时器、直接存储器访问DMA单元和计算单元；定时器分别连接计量芯片的中断输出端和计量芯片的接收端，DMA单元的输入端连接计量芯片的数据发送端，DMA单元的输出端连接计算单元；定时器在接收到计量芯片发送的中断信号后的预设计时时间内，触发DMA单元接收计量芯片发送的采样数据；计算单元在预设计时时间后，根据从DMA单元中接收到的所有采样数据进行谐波数据计算。通过设置定时器和直接存储器访问单元，使得能够在中断时获取采样数据，并将采样数据通过计算单元进行计算以得到电能数据；在无需采用成本较高的芯片的基础上，增加了电能质量监测功能。

Description

电能表处理模块、电能表统计电路及电能表

技术领域

本实用新型涉及电气数据处理领域，尤其涉及一种电能表处理模块、电能表统计电路及电能表。

背景技术

传统的居民家用智能电表受限于成本因素，使用的计量芯片功能有限，无法提供有效的电能质量监测功能，例如高次的谐波和电压骤降等。为了解决这问题，现有技术中采用具有谐波分析功能的专业计量芯片或是更高精度和性能的DSP芯片；然而上述芯片使得电能表成本大大增加，不利于推广；因此，如何在控制电能表成本的基础上，使电能表具有电能质量监测功能成为了急需解决的问题。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提出一种电能表处理模块、电能表统计电路及电能表，旨在解决现有技术中如何在控制电能表成本的基础上，使电能表具有电能质量监测功能的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供一种电能表处理模块，所述处理模块包括定时器、直接存储器访问DMA单元和计算单元；所述定时器分别连接计量芯片的中断输出端和所述计量芯片的接收端，所述DMA单元的输入端连接所述计量芯片的数据发送端，所述DMA单元的输出端连接所述计算单元；

所述定时器，用于在接收到所述计量芯片发送的中断信号后的预设计时时间内，触发所述DMA单元接收所述计量芯片发送的采样数据；

所述计算单元，用于在预设计时时间后，根据从所述DMA单元中接收到的所有所述采样数据进行谐波数据计算。

可选地，所述处理模块还包括数据发送接口和数据接收接口；所述定时器通过所述数据发送接口与所述计量芯片的接收端连接；所述DMA单元通过所述数据接收接口与所述计量芯片的数据发送端连接。

可选地，所述数据发送接口和数据接收接口均为串行外设接口。

可选地，所述计算单元包括存储子单元和计算子单元，所述存储子单元的输入端连接所述DMA单元，所述存储子单元的输出端连接所述计算子单元；

所述存储子单元，用于接收并存储所述DMA单元发送的采样数据，并在所述预设计时时间后将所述采样数据发送至所述计算子单元进行谐波数据计算。

此外，为实现上述目的，本实用新型还提供一种电能表统计电路，所述电能表统计电路包括计量芯片和电能表处理模块，所述计量芯片与所述电能表处理模块通信连接，所述电能表处理模块被配置为如上所述的电能表处理模块。

可选地，所述计量芯片包括：

数据采集单元，所述数据采集单元的输入端连接电网，所述数据采集单元的数据输出端连接通信单元的数据端，所述数据采集单元用于从所述电网对用电数据进行采集，得到采样数据；

通信单元，所述通信单元的接收端为所述计量芯片的接收端，所述通信单元的输出端为所述计量芯片的数据发送端，所述通信单元用于将所述数据采集单元采集的采样数据通过所述数据发送端发送至所述DMA单元。

可选地，所述数据采集单元的信号输出端为所述计量芯片的中断输出端，所述数据采集单元用于在检测到电网零点信号时，通过所述信号输出端发送中断信号至所述定时器，以触发所述定时器启动计时。

此外，为实现上述目的，本实用新型还提供一种电能表，所述电能表包括电能表统计电路和壳体，所述电能表统计电路设置在所述壳体之内，所述电能表统计电路被配置为如上所述的电能表统计电路。

本实用新型提出的一种电能表处理模块、电能表统计电路及电能表，所述处理模块包括定时器、直接存储器访问DMA单元和计算单元；所述定时器分别连接计量芯片的中断输出端和所述计量芯片的接收端，所述DMA单元的输入端连接所述计量芯片的数据发送端，所述DMA单元的输出端连接所述计算单元；所述定时器，用于在接收到所述计量芯片发送的中断信号后的预设计时时间内，触发所述DMA单元接收所述计量芯片发送的采样数据；所述计算单元，用于在预设计时时间后，根据从所述DMA单元中接收到的所有所述采样数据进行谐波数据计算。通过设置定时器和直接存储器访问单元，使得能够在中断时获取采样数据，并将采样数据通过计算单元进行计算以得到电能数据；在无需采用成本较高的芯片的基础上，增加了电能质量监测功能。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本实用新型电能表处理模块一实施例的功能模块图。

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				100	电能表处理模块	140	数据发送接口
110	定时器	150	数据接收接口
				120	DMA单元	200	计量芯片
130	计算单元	210	数据采集单元
				131	存储子单元	220	通信单元
132	计算子单元

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明，本实用新型实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后......)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本实用新型中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

本实用新型提供一种电能表处理模块1，应用于电能表中，请参见图1，图1为本实用新型电能表处理模块1一实施例的功能模块图。在该实施例中，所述处理模块包括定时器110、直接存储器访问DMA单元120和计算单元130；所述定时器110分别连接计量芯片200的中断输出端和所述计量芯片200的接收端，所述DMA单元120的输入端连接所述计量芯片200的数据发送端，所述DMA单元120的输出端连接所述计算单元130；

所述定时器110，用于在接收到所述计量芯片200发送的中断信号后的预设计时时间内，触发所述DMA单元120接收所述计量芯片200发送的采样数据；

所述计算单元130，用于在预设计时时间后，根据从所述DMA单元120中接收到的所有所述采样数据进行谐波数据计算。

DMA(Direct Memory Access，直接存储器访问)是指一种高速的数据传输操作，允许在外部设备和存储器之间直接读写数据。整个数据传输操作在DMA单元120的控制下进行的。

在接收到中断信号时，控制定时器110开启，定时器110开启时发送开启信号至所述计量芯片200，以使所述计量芯片200反馈采样数据。所述预设计时时间即为定时器110的触发周期，本实施例中为71μs。在定时器110开启的过程中，DMA单元120接收计量芯片200反馈的采样数据，并将所述采样数据发送至计算单元130进行存储；在定时器110开启达到预设计时时间时，定时器110关闭，计量芯片200停止采样数据传输，同时控制DMA关闭；此时计算单元130根据接收到的采样数据按照预设计算方式进行谐波数据计算，并将计算结果进行存储。

本实施例通过设置定时器110和DMA单元120，使得能够在中断时获取采样数据，并将采样数据通过计算单元130进行计算以得到电能数据；在无需采用成本较高的芯片的基础上，增加了电能质量监测功能。

进一步地，所述处理模块还包括数据发送接口和数据接收接口150；所述定时器110通过所述数据发送接口140与所述计量芯片200的接收端连接；所述DMA单元120通过所述数据接收接口150与所述计量芯片200的数据发送端连接。

进一步地，所述数据发送接口140和数据接收接口150均为串行外设接口。

进一步地，所述计算单元130包括存储子单元131和计算子单元132，所述存储子单元131的输入端连接所述DMA单元120，所述存储子单元131的输出端连接所述计算子单元132；

所述存储子单元131，用于接收并存储所述DMA单元120发送的采样数据，并在所述预设计时时间后将所述采样数据发送至所述计算子单元132进行谐波数据计算。

本实施例中所述存储子单元131为随机存取存储器RAM，RAM接收DMA单元120发送的采样数据，并在接收完所有采样数据之后，将采样数据发送至计算子单元132进行计算。

计算子单元132进行谐波数据计算的步骤包括多路谐波分析，每一路谐波分析的具体步骤可包括：将接收到的采样数据进行归一化处理；剔除归一化处理之后的采样数据中相邻点之间数据重复的点；对去重后的采样数据进行插值处理；对插值处理后的采样数据进行快速傅里叶变换；计算基波幅值；根据计算得到的基波幅值对各次谐波含量进行计算；进入下一路谐波分析。在每一路谐波分析均完成后，将谐波分析标识复位，以退出谐波分析。

在进行谐波分析操作之前，计算单元130判断当前电能表模块是否处于空闲阶段，且是否需要执行谐波分析；若是，则初始化快速傅里叶变换的相关变量，并将谐波分析标识置位；若否，则判断当前是否处于采样阶段；

若当前处于采样阶段，则检测采样时间是否达到预设采样时间，若达到，则将谐波分析标识置位，若未达到，则不执行操作；

若当前不处于采样阶段，则检测是否处于数据分析阶段，若是，则根据上述进行谐波数据计算的步骤执行谐波数据计算；若否，则判断谐波数据计算时长是否大于预设计算时长，若大于预设计算时长，则将谐波分析标识复位，以退出谐波分析；若小于或等于预设计算时长，则直接退出谐波分析。

本实施例能够合理地实现谐波分析。

本实用新型还保护电能表统计电路，所述电能表统计电路包括计量芯片200和电能表处理模块100，所述计量芯片200与所述电能表处理模块100通信连接，该电能表处理模块100的结构可参照上述实施例，在此不再赘述。理所应当地，由于本实施例的电能表统计电路采用了上述电能表处理模块100的技术方案，因此该电能表统计电路具有上述电能表处理模块100所有的有益效果。本实施例中的电能表处理模块100为MCU。

进一步地，所述计量芯片200包括：

数据采集单元210，所述数据采集单元210的输入端连接电网，所述数据采集单元210的数据输出端连接通信单元220的数据端，所述数据采集单元210用于从所述电网对用电数据进行采集，得到采样数据；

通信单元220，所述通信单元220的接收端为所述计量芯片200的接收端，所述通信单元220的输出端为所述计量芯片200的数据发送端，所述通信单元220用于将所述数据采集单元210采集的采样数据通过所述数据发送端发送至所述DMA单元120。

所述数据采集单元210可以包括电压互感器或电流互感器等，用于采集家用电气数据，即采样数据；数据采集单元210将采集到的采样数据通过通信单元220发送至MCU；可以理解的是，所述计量芯片200中还可以包括存储单元(图未示)，存储单元存储数据采集单元210采集到的采样数据，在需要发送采样数据至MCU时，获取存储单元中的采样数据发送至MCU。

所述数据采集单元210的信号输出端为所述计量芯片200的中断输出端，所述数据采集单元210用于在检测到电网零点信号时，通过所述信号输出端发送中断信号至所述定时器110，以触发所述定时器110启动计时。

数据采集单元210采集的家用电气数据为交流电，因此可以电网零点信号作为中断点，触发MCU中断，从而执行谐波分析操作；需要说明的是，谐波分析操作的流程周期可根据实际需要进行配置，如每5秒执行一次。

本实施例能够对家用电气数据进行采集并发送至MCU以作为谐波分析的计算参数。

本实用新型还保护一种电能表，该电能表包括所述电能表包括电能表统计电路和壳体，该电能表统计电路的结构可参照上述实施例，在此不再赘述。理所应当地，由于本实施例的电能表采用了上述电能表统计电路的技术方案，因此该电能表具有上述电能表统计电路所有的有益效果。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者***不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者***所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个......”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者***中还存在另外的相同要素。上述本实用新型实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

以上仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims

1.一种电能表处理模块，其特征在于，所述处理模块包括定时器、直接存储器访问DMA单元和计算单元；所述定时器分别连接计量芯片的中断输出端和所述计量芯片的接收端，所述DMA单元的输入端连接所述计量芯片的数据发送端，所述DMA单元的输出端连接所述计算单元；

2.如权利要求1所述的电能表处理模块，其特征在于，所述处理模块还包括数据发送接口和数据接收接口；所述定时器通过所述数据发送接口与所述计量芯片的接收端连接；所述DMA单元通过所述数据接收接口与所述计量芯片的数据发送端连接。

3.如权利要求2所述的电能表处理模块，其特征在于，所述数据发送接口和数据接收接口均为串行外设接口。

4.如权利要求1所述的电能表处理模块，其特征在于，所述计算单元包括存储子单元和计算子单元，所述存储子单元的输入端连接所述DMA单元，所述存储子单元的输出端连接所述计算子单元；

5.一种电能表统计电路，其特征在于，所述电能表统计电路包括计量芯片和电能表处理模块，所述计量芯片与所述电能表处理模块通信连接，所述电能表处理模块被配置为如权利要求1～4中任一项所述的电能表处理模块。

6.如权利要求5所述的电能表统计电路，其特征在于，所述计量芯片包括：

7.如权利要求6所述的电能表统计电路，其特征在于，所述数据采集单元的信号输出端为所述计量芯片的中断输出端，所述数据采集单元用于在检测到电网零点信号时，通过所述信号输出端发送中断信号至所述定时器，以触发所述定时器启动计时。

8.一种电能表，其特征在于，所述电能表包括电能表统计电路和壳体，所述电能表统计电路设置在所述壳体之内，所述电能表统计电路被配置为如权利要求5～7中任一项所述的电能表统计电路。